Министерство образования и молодежной политики ЧР МОУ СОШ 37 г.Чебоксары «Компьютерное моделирование на уроках физики»

Разработка учебно- методических материалов применения компьютерного моделирования на уроках физики Цель работы:

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи : 1. Изучение литературы по теме работы; 2. Исследование возможности использования системы компьютерной математики Matlab для моделирования физических процессов; 3. Разработка электронного пособия по компьютерному моделированию в Simulink; 4. Разработка лабораторных работ по имитационному моделированию по теме «Электричество».

Компьютерное моделирование Математическое моделирование Математическое моделирование Имитационное моделирование Имитационное моделирование

Имитационные и моделирующие программы, предназначенные для «симуляции» объектов и явлений. Эти программы особенно целесообразно применять, когда явление на практике реально осуществить невозможно или это весьма затруднительно. При использовании таких программ абстрактные понятия становятся более конкретными и легче воспринимаются обучаемыми. Кроме того учащиеся получают гораздо больше знаний при активном усвоении материала, чем просто запоминая пассивно полученную информацию. Имитационные и моделирующие программы, предназначенные для «симуляции» объектов и явлений. Эти программы особенно целесообразно применять, когда явление на практике реально осуществить невозможно или это весьма затруднительно. При использовании таких программ абстрактные понятия становятся более конкретными и легче воспринимаются обучаемыми. Кроме того учащиеся получают гораздо больше знаний при активном усвоении материала, чем просто запоминая пассивно полученную информацию.

Структура электронного пособия 1. История Matlab 1. История Matlab 2. Компьютерное моделирование 2. Компьютерное моделирование 2.1. Математическое моделирование 2.1. Математическое моделирование 2.2. Имитационное моделирование 2.2. Имитационное моделирование 3. Simulink – моделирование 3. Simulink – моделирование 3.1. Общие правила работы в Simulink 3.1. Общие правила работы в Simulink 3.2. Библиотека блоков Simulink 3.2. Библиотека блоков Simulink 3.3. Библиотека блоков SimPowerSystems 3.3. Библиотека блоков SimPowerSystems

Лабораторные работы по разделу «Электричество» Изучение применения закона Ома для цепи постоянного тока Изучение применения закона Ома для цепи постоянного тока Изучение законов Кирхгофа для цепей постоянного тока Изучение законов Кирхгофа для цепей постоянного тока Последовательное и параллельное соединение проводников Последовательное и параллельное соединение проводников Резистивный, индуктивный и емкостный элемент в цепи синусоидального тока Резистивный, индуктивный и емкостный элемент в цепи синусоидального тока

Пример математического моделирования в Matlab Зная законы Кирхгофа запишем: Конкретно, для узла 1 (красный цвет) запишем первый закон Кирхгофа: Для контуров запишем уравнения по второму закону Кирхгофа. Для контура 1 (красный цвет) получим: Для контура 2 (синий цвет): С учетом численных значений сопротивлений резисторов и номиналов источников э.д.с. запишем полученные уравнения в стандартной форме: Перепишем математическую модель в матрично-векторной форме. Выпишем матрицу коэффициентов при неизвестных и вектор-столбец свободных членов системы уравнений и применим Matlab операцию «\» решения системы линейных алгебраических уравнений: >> A=[1 -1 1; ; 0 3 9] A = >> B=[ ]' B = >> X=A\B X = >>

Учащиеся должны собрать электрическую цепь, выполнить симуляцию эксперимента. Просмотреть и занести в таблицу значения токов и напряжений в ветвях цепи, отображенные на экране дисплея. Объяснить полученные результаты. Пример моделирования разветвленной электрической цепи в Simulink Matlab

Не надо тратить время на раздачу и сбор многочисленного оборудования, следить за его сохранностью (тем более, что его часто катастрофически не хватает); Не надо тратить время на раздачу и сбор многочисленного оборудования, следить за его сохранностью (тем более, что его часто катастрофически не хватает); Возможность выполнения необходимого опыта нужное количество раз с точно заданными параметрами (хоть медленно, хоть быстро, в любой последовательности); Возможность выполнения необходимого опыта нужное количество раз с точно заданными параметрами (хоть медленно, хоть быстро, в любой последовательности); Возможность изменения любого параметра в компьютерном эксперименте; Возможность изменения любого параметра в компьютерном эксперименте; Построение графиков и диаграмм, изменение направлений движения объектов; Построение графиков и диаграмм, изменение направлений движения объектов; Выполнение экспериментальных задач, демонстрируемых как учителем, так и выполняемых самими учащимися; Выполнение экспериментальных задач, демонстрируемых как учителем, так и выполняемых самими учащимися; Удобные вопросы-тесты с моментальной проверкой результатов учителем и возможностью самопроверки, составленные так, что могут использоваться с технологией уровневой дифференциации; Удобные вопросы-тесты с моментальной проверкой результатов учителем и возможностью самопроверки, составленные так, что могут использоваться с технологией уровневой дифференциации; Дополнительные вопросы повышенного уровня сложности, которые можно использовать для индивидуальных заданий; Дополнительные вопросы повышенного уровня сложности, которые можно использовать для индивидуальных заданий; Возможность проводить различные типы уроков в рамках традиционного: урок-исследование, урок-лабораторная работа, урок решения задач с проверкой; Возможность проводить различные типы уроков в рамках традиционного: урок-исследование, урок-лабораторная работа, урок решения задач с проверкой; Наличие неоднозначных задач с двумя неизвестными взаимозависимыми параметрами, один из которых учащийся должен выбрать сам, а затем определить свою версию экспериментально; Наличие неоднозначных задач с двумя неизвестными взаимозависимыми параметрами, один из которых учащийся должен выбрать сам, а затем определить свою версию экспериментально; Задачи с недостаточными данными, в которых ученик должен сам определить, без какого недостающего параметра невозможно решение данной задачи Задачи с недостаточными данными, в которых ученик должен сам определить, без какого недостающего параметра невозможно решение данной задачи Преимущества имитационных лабораторных работ

Как показала практика выполнения компьютерных лабораторных работ, степень закрепления изучаемого учебного материала настолько высока, что качество обучения превышается на 85%. Контроль за ходом выполнения учащимися компьютерной лабораторной работы заключается не только в анализе выполнения заданий и тестов, но и, по возможности, анализа распечаток индивидуальных заданий по интерактивным моделям, которые можно вставить в тетрадь с отчетом о ходе выполнения лабораторной работы.

Схема план-конспекта урока Вводная часть Вводная часть Изучение материала по электронному пособию Изучение материала по электронному пособию Выполнение лабораторной работы по методическим материалам Выполнение лабораторной работы по методическим материалам Закрепление материала по электронному пособию Закрепление материала по электронному пособию Компьютерное тестирование Компьютерное тестирование Заключительная часть Заключительная часть

Разработанные учебно-методические материалы позволяют: продолжить процесс внедрения средств новых информационных технологий в область преподавания физики, ускорить интеграцию физики и информатики; продолжить процесс внедрения средств новых информационных технологий в область преподавания физики, ускорить интеграцию физики и информатики; расширить и углубить изучаемую предметную область за счет возможности моделирования, имитации изучаемых процессов и явлений; организации экспериментально-исследовательской деятельности; экономии учебного времени при автоматизации рутинных операций вычислительного характера; расширить и углубить изучаемую предметную область за счет возможности моделирования, имитации изучаемых процессов и явлений; организации экспериментально-исследовательской деятельности; экономии учебного времени при автоматизации рутинных операций вычислительного характера; визуализировать закономерности физических процессов, в том числе и реально протекающих; автоматизировать процессы обработки результатов эксперимента; визуализировать закономерности физических процессов, в том числе и реально протекающих; автоматизировать процессы обработки результатов эксперимента; проводить занятие в форме самостоятельной работы за компьютерами, быстро и эффективно контролировать знания учащихся; проводить занятие в форме самостоятельной работы за компьютерами, быстро и эффективно контролировать знания учащихся; индивидуализировать работу с учащимися, особенно в части, касающейся домашних заданий и контрольных мероприятий; индивидуализировать работу с учащимися, особенно в части, касающейся домашних заданий и контрольных мероприятий; повысить мотивацию обучения за счет компьютерной визуализации изучаемых объектов и явлений, возможности самостоятельного выбора форм и методов обучения. повысить мотивацию обучения за счет компьютерной визуализации изучаемых объектов и явлений, возможности самостоятельного выбора форм и методов обучения.